摘要：对于民用建筑电气设计而言，断路器的合理选择尤为重要。断路器的分断能力选择、灵敏度校核在民用建筑电气设计中常常被忽视，本文通过实例分析了租赁式住宅中断路器选择与灵敏度、电压损失校核要点，并给出分断能力选择的推荐方案。
关键词：民用建筑；分断能力；灵敏度；电压损失；租赁式住宅；
引言
在民用建筑末端供电距离较长的场所，校核断路器的分断能力、灵敏度、电压损失是必须的。而在17年开始出现的租赁式住宅，开发商会要求断路器分断能力用最低等级，以便节约成本。由于租赁式住宅在末端供电上增加了一级开关，在选择断路器时，其分断能力需根据设置的位置不同做区分。
一、影响断路器分断能力选择的因素
1.1断路器分断能力的特性参数
我国等同采用IEC60947-2的GB14048.2-2001低压开关设备和控制设备 低压断路器 标准规定：额定短路分断能力分为以下两种：（1）额定极限短路分断能力ICU和额定运行短路分断能力ICS，ICS可用ICU的百分数表示。我国标准规定ICS分三或四个等级，即ICS=50%/75%/100%ICU；或者ICS=25%/50%/75%/100%ICU。相比而言，ICS的试验条件比ICU更严苛。比断路器安装位置不同，其分断能力选用的参数也不同。民用建筑内变压器出口侧供给多个总箱的低压总开关、总箱进线开关等因其供电影响范围大，断路器故障清除后，需要马上恢复供电，故选择断路器分断能力时需按照ICS选择；而另外场所的开关一般只供小范围负荷，选择断路器分段能力时可以按照ICU选择。这种选择既有效又经济。
1.2断路器安装处的海拔高度影响分断能力
DL/T5222-2005提到，安装在海拔高于1000m的电器设备，其绝缘受空气密度等影响，会有一定程度的降低。因此，海拔高度对分断能力有一定影响，实际设计在选择断路器分断能力时，对于高海拔地区需预留一定的分断能力裕量。
1.3谐波降低分断能力
配电手册第四版6.7.4.6指出，谐波电流的发热作用大于有效值相等的工频电流，能降低热元件的发热动作电流、高次谐波含量较高的电流能使断路器的开断能力降低。当电流的有效值相同时，波形畸变严重的电流与工频正弦波形的电流相比，在电流过零时的di/dt可能较大。当存在严重谐波电流时，一些断路器的磁吹线圈不能正常工作。目前住宅建筑的充电桩、大型商业的VRV空调、制冷机组等包含较大的谐波，影响断路器的分段能力。在实际应用中，住宅建筑、住宅配套用房一般不会在充电桩、VRV空调外机等处设置就地的无功补偿设备，故在这些场所选择总进线断路器时，需考虑谐波对断路器的影响。
1.4部分大功率电动机的启动产生反馈电流，计算其出口处的断路器分断能力时，电动机的额定电流超过短路电流的1%，则计算最大短路电流时需考虑电动机反馈电流的影响。通常反馈电流可以按照电动机额定电流的6~7倍选用。在民用建筑中一般消防水泵、生活水泵、商业的空调机组总箱电动机功率较大，其启动会产生反馈电流，并且这些大功率电动机的供电通常是从变电所直供，当变电所距离动力用房很近时，其短路电流会很大。在选择这些配电箱的进线开关、电缆时，不仅要校核启动时对母线的电压降是否满足要求，也要考虑到电动机反馈电流对最大短路电流的影响。
二、断路器灵敏度、电压损失的校核计算
2.1灵敏度校核
低压配电设计规范GB50054-2011第6.2.1条指出，配电线路的短路保护电器，应在短路电流对导体和连接处产生热作用和机械作用造成危害之前切断电源。故断路器的灵敏度校核是低压配电系统设计中重要的一部分。
为保证低压断路器在系统最小运行方式下可靠动作，低压断路器的灵敏度不应小于1.3[1]，即
K=Idmin/Izd≥1.3 （2.1）
式（2.1）中：Izd—低压瞬时或短延时过电流脱扣器的整定电流，A；
Idmin—断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流或两相短路电流（A），在TN，TT系统中为单相短路电流；
K—低压断路器的动作灵敏系数；
2.2电压损失校核
根据配电手册第四版[2]16.2-4式，电压降通常用系统标称电压的百分数表示，计算公式如下：
式中：△u—电压降，%；R—配电线路的电阻，Ω；X—配电线路的电抗，Ω；Un—配电网标称电压，kV；P—配电线路的有功功率，kW；Q—配电线路的无功功率，kvar；根据规范要求，三相低压配电的电压降允许值为±7%；单相末端设备的电压降允许值为+7%，-10%。
三、租赁式住宅建筑中的断路器分断能力选择实例分析
租赁式住宅建筑是17年开始兴起的一种住宅建筑类型，是开发商在土拍时就确定地块一定百分比的住宅为自持的项目。租赁式住宅由于需要自持，一般在设计时会有二次深化过程：一次设计时按照大户型先预留总箱，二次深化时将大户型修改为类似酒店式公寓型的小租户型住宅，不废除原来的大户型户内箱，在原大户型户内箱出线接小租户的户内箱。这种设计增加了一级配电箱，对于断路器分断能力、灵敏度、短路/过载时是否越级误跳都有一定的影响。
租赁式住宅二次深化后的配电干线示意图如图3.1所示：
图3.1租赁式住宅二次深化后的配电干线示意图
图中L1为TMY-3（100×80）+63×6.3；长度为5m；
L2为2×（YJV-22-4×240）；长度为170m；
L3为XLC-630A/V母线；长度为40m；
L4为YJV-4×50+1×25；长度为4m；
L5为YJV-5×16；长度为12m；
L6为YJV-5×6；长度为10m；
所有电缆、母线材质为铜。
3.1线路最远端短路电流计算
（1）系统阻抗
实际工程中系统容量接近无穷大，故高压侧系统阻抗Zs=0；Rphps=0；Xphps=0；
（2）变压器的阻抗参考变压器厂家样本为下值：
3.2选择断路器分断能力
以施耐德NSX系列塑壳断路器和IC65系列微断为例：
NSX系列塑壳断路器的分断能力有F、N、H、S、L、R六种，最低级别的F级分断能力为36kA，已可以满足实际设计时的短路电流最大值，故在民用工程设计中一般塑壳断路器的分段能力不需要特别校验，均能满足要求。
IC65系列微断的分断能力有N、H、L三种，分别对应的分断电流为6kA、10kA、15kA；由表3.1及图3.1可知，实际工程设计时S1~S3一般采用塑壳断路器，S1一般会采用框架断路器。S4~S6采用微断。其中S4，S5的三相短路电流接近或超过IC65N级断路器的允许分断能力数值，设计时若使用IC65N-χA断路器，无法满足短路时开断短路电流的要求，会造成断路器故障、失灵，引起火灾等危险事故，在实际设计时应予以重视。
3.3线路最远端的灵敏度校验
根据灵敏度校验公式（3.1），估算线路末端的灵敏度如下：
末端微断S6为16A，采用C型脱扣曲线（脱扣动作范围为5~10倍）[4]
经校验，灵敏度满足要求。
3.4线路最远端的电压损失校验
根据电压损失校验公式（2.2），校验线路末端的电压损失如下：
（1）变压器电压损失：参照配电手册第四版表6.2-1，选用功率因素0.95时800KVA的SCB11型变压器电压降，约为2.26%，实际工程中应使用SCB13及以上型变压器，电压降会更小。
（2）线路电压损失：根据配电手册第四版6.2-5三相平衡负荷线路 ，分别计算L1~L6部分线路的电压降：
根据实际工程测算，S1~S6处的负荷电流如表3.2：
表3.1 S1~S6断路器处Ij数值（A）
经核算，线路电压损失符合要求。
四、结语
租赁式住宅在末端供电上增加了一级开关，在选择断路器时，其分断能力需根据设置的位置不同做区分：在民用工程中塑壳断路器一般能满足短路时的分断能力要求；租赁式住宅建筑最末端的微断，即改造后入户箱的微断，一般采用最低分断能力（6kA）可以满足要求；中间几级分配电箱的微断的分断能力建议选择10kA以上，不能随意降低等级。
当住宅的供电距离在200m以内时，线路灵敏度与线路电压损失均能满足规范相关要求，无需特别核算；当存在线路电缆截面很小，供电距离又长的情况时，需对个别处的线路灵敏度与线路电压损失做核算。
参考文献：
[1]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M]第四版.北京：中国电力出版社，2016.
[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M]第三版.北京：中国电力出版社，2005.
[4]任飞宇.浅谈低压配电设计中断路器灵敏度校验[J].浙江建筑，2017（4）：34.
论文作者:王琇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/12
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